中創為量子——量子通信領域中的“獨角獸”

劉超

如今，隨著電子商務、電子政務、互聯網金融、移動支付、光通信以致物聯網等新興技術的蓬勃發展。通信和網絡的觸角已經蔓延到人類生活中的各個角落，人們對其的依賴程度越來越高，已經成為許多人生活中必不可分的一部分。通信和網絡帶給人們便捷和享受的同時，通信安全和網絡安全問題也日趨顯現，諸如“棱鏡門”事件等還將再次上演。那么，有沒有一種原理上無條件安全的通信技術呢？

量子技術的出現，為通信和網絡的原理上無條件安全，提供了一種可能。量子具有不可復制、不可分割、難測準等特點。量子保密通信利用目前不可破解的密鑰分發技術，近年來被世界許多國家密切關注且進行了深入的研究。量子密鑰分發技術（QKD）實現了安全的密鑰分發，為實現安全的保密通信提供了方向。

2017年，我國的量子科學實驗衛星“墨子號”實現了“千公里級”星地雙向的量子糾纏分發和隱形傳態，刷新了這一領域的世界紀錄。在實際應用中，量子保密通信已經開始悄然進入到人們的生活。

北京中創為量子通信技術有限公司（以下簡稱“中創為量子”）是一家主要專注于量子技術產業化應用的高科技公司，作為量子技術產業化應用的推進者，公司重點面向專業行業市場提供可實用化的量子保密通信解決方案及產品服務。中創為的量子保密通信技術已經向國防、金融、政務、能源等領域提供各類量子保密通信解決方案。

“烽火”與“量子糾纏”

中創為量子總經理陳建在講述量子通信之前，先講述了古代“烽火臺”的故事。他說，在古代，戰爭信息是十萬火急的消息，關系著一城一國的興亡。因此，人利用“烽火臺”傳遞軍情信息，五公里或十公里一座烽火臺，“白天施煙，夜間點火”，僅用肉眼就可看到，其傳遞速度遠勝于其他方式。將士們一見烽火四起，就會舉兵殺敵。

如果說，人類在幾千年的發展歷史長河中，由于生產力的制約不得不依靠烽火、飛鴿傳書、鴻雁傳書、旗語、快馬驛傳等形式進行信息的傳遞與交換，那么結束這種效率低下又被動的傳遞方式的歷史節點就是電報的誕生（1837年由美國 S.F.B.莫爾斯首先試驗成功）。之后的近兩百年間，又相繼出現電信號傳輸、數字信號傳輸和光信號傳輸等，直到量子通信的出現則徹底顛覆了幾千年來人類對信息傳遞的認知。

那么，究竟什么是量子通信？簡言之，量子通信就是指利用量子特性進行信息傳遞的一種新型的通信方式。量子通信不僅屬于新興的交叉學科，還是量子理論和信息理論相結合的新的研究方向。完整的量子通信內容主要包括量子保密通信、量子糾纏和量子隱形傳態等，近來這門學科已逐步從理論走向實驗，并向實用化發展。“嚴格地講，目前我們還做不到真正意義上可控的量子通信。只能做到‘量子保密通信即‘量子密鑰分發。這只是量子通信的初級階段，完整的量子通信還處在研究階段。”陳建告訴本刊記者。

陳建介紹，與密鑰方式相比，量子保密通信的安全性和高效性要遠勝于前者。量子保密通信是目前不能通過計算機能力提升破譯的通信方式。不能破解的原因有2點：第一，信息加密用的量子密鑰的加密是隨機的，即使信息被截獲，也無法得到與之截獲信息相匹配的密鑰，自然就沒有辦法對信息進行破解。第二，產生量子密鑰匙是通過單光子（目前產業化方案）或者一對處于糾纏態的光子，依據測不住原理等，第三方的觀察會導致狀態變化，從而被通信雙方發現。

所謂的“量子”，是指一個物理量如果有最小的單元而不可連續的分割，就說這個物理量是量子化的，并把最小的單元稱為量子。而光子（光量子）就是量子中的一種形態。中創為的核心技術和產品，正是基于單個光子光源和單光子探測技術為基礎開發的“量子密鑰分發”量子保密通信解決方案和產品服務。2018年，中創為簽約訂單超過30億元，2019年預計合同額將超過50億元。目前，中創為年產值居同行業之首。

行走在量子通信領域中的“獨角獸”

中創為量子成立于2014年，得益于我國對軍民融合、量子通信產業發展政策的支持，中創為量子積極貫徹國家軍民融合戰略，加快量子保密通信技術成果落地轉化，成立了應用研發中心，推動量子保密通信產品與技術在民參軍領域的應用普及，以雄厚的科研實力、豐富的技術儲備、廣泛的市場資源為基礎，實現量子保密通信產業政策、人才、技術、資金等資源的集聚，以出色的技術和解決方案為軍工信息安全保駕護航。2018年3月，中創為入選科技部火炬中心“2018新晉獨角獸”榜首企業。

作為量子技術產業化應用的推進者，中創為量子已經把中科院及相關機構主導的“量子密鑰分發”這一科研成果實現了在市場上的應用，并重點面向專業市場提供實用化的量子保密通信解決方案及產品服務，為最終用戶實現各類數據通信業務與量子技術結合的應用。目前，中創為量子已經開始實施“一個中心+三個基地”的運作模式：即以北京為中心、在南京設立研發生產基地，在合肥設立服務及培訓基地，在成都建立產業化應用基地。同時，在青島、深圳布局量子產業鏈上游的芯片研發和量子區塊鏈應用。“我們的量子保密通信方案在一開始就是鎖定幾個領域堅持自主設計、自主選擇供應商，并不是蹭量子通信的熱度。企業的戰略正確、路線正確、市場選擇也正確，公司自然就會按照既定方向發展。”陳建介紹。

然而，陳建在談到中創為量子的量子保密通信解決方案的同時，也對其更上游的如半導體器件工藝、材料等的國產化表示了關注。他說：“我們的量子保密通信是建立在激光器和探測器等半導體器件優秀的性能之上。國外器件的成品率能達到70%以上，而某些核心器件國產成品率能達到20%就已經算是很好的，說到底是工藝問題。國產的器件雖然與國外的相比差距很大，但總是不用，國產的器件就永遠也做不上去。我們現在所需的器件基本已經實現了國產替代。”而在半導體器件的前端，則是材料環節。“材料性能決定芯片性能，芯片直接影響器件。量子技術所需器件的芯片制造工藝都是納米級別，材料生長的控制工藝是很難的技術，芯片需要生長幾十層，每一層的厚度僅幾納米，而且對每一層材料的要求都不一樣，材料要生長在哪里，要長成什么形狀。”涉及到半導體材料、器件和工藝等技術，西方國家一直以來對我國采取的都是“禁運”政策，我們被這些障礙“卡”了幾十年，而且“禁運”的范圍越來越大。

針對上述問題，陳建提出了自己的看法：就北京市來說，在光電子方面更多的應該做產業的頂層布局，利用科研院所和眾多高校的科研優勢在材料設計、器件生產工藝難點突破方面加大投入，形成產業，既能體現出高精尖的特點，也不需要過多的空間資源。陳建說：“北京是國內對接國際高端商務和科研資源最多的地區，適合做總部基地，企業將總部保留在北京可以更多利用這些資源，至于生產環節可以分流外地，如珠三角或長三角地區。”

目前，包括歐洲、美國、日本、韓國等都分別制定了量子技術及產業化的規劃。曾有專家表示，目前中國量子通信技術領先國際相關技術水平5年，并將在未來10～15年將繼續保持領先地位。作為目前國際上頂尖的前沿科學領域之一，量子通信在我國已經實現了后發先至。“核心技術靠化緣是要不來的”。只有通過不斷完善產業鏈不足、堅持中國創造道路，才能實現超越和突破。